数值反应堆（数值反应堆）

定义

数值反应堆是利用超级计算机对核反应堆进行建模和模拟（或仿真）的软件系统，它结合了核反应堆物理、高性能计算、软件工程、计算数学等多个学科。

关键技术

数值堆包含多种关键技术：

(1) 高性能并行数值计算技术

利用高性能并行计算技术，实现多物理场、多尺度的精细化模拟计算。

应用：多物理场耦合、多尺度的精细化模拟

(2) 先进的中子物理分析技术

利用超精细网格和能群的先进中子学计算技术，实现多物理、全三维、全范围、紧耦合物理计算。

应用：全堆芯 pin-by-pin 中子场分布

(3)辐射剂量场全耦合技术。

利用高精度中子、光子输运计算、先进建模方法，实现实时剂量场可视化。

应用：辐射剂量场分布

(4)先进的热工水力建模技术。

利用高性能计算技术，实现海量网格并行的CFD仿真计算。

应用：栅板联箱流场模拟、堆本体流场模拟

(5)先进的安全分析技术。

利用先进建模与仿真方法，实现对各种事故工况的全范围精细化仿真模拟。

(6)材料模拟计算技术

利用辐照损伤多尺度模拟方法及大规模并行程序开发流程、物理建模方法，实现辐照损伤的多尺度模拟。

应用：多尺度材料模拟

(7)燃料性能分析技术

与堆芯物理、热工水力耦合，开展稳态、瞬态工况一体化分析，实现从微观尺度（原子）到宏观尺度（组件）的模拟分析。

(8)多专业协同工厂设计

利用三维平台、厂房布置、管道布置、电气设计、工艺设计、协同设计软件，实现多专业并行协同设计和设计资源/数据/流程的高度集成。.

应用：三维工厂设计、基于参数化的协同设计

(9)三维结构设计

利用大规模并行计算技术，实现反应堆全寿期内多物理场耦合作用下的结构行为、演变过程的大规模高性能数值模拟。

应用：结构设计、地震屈曲

(10)虚拟工程仿真技术

利用可视化虚拟现实技术，实现反应堆建设、运行、维护和退役的虚拟仿真。

应用：中子束流模拟、虚拟安装

研究范围

数值反应堆用于反应堆堆芯物理分析、燃料设计及性能优化、极端事故分析及预测等方面，研究范围从核燃料找矿、提纯、燃料制备、核电站运行、核废料二次提炼、高放废物的掩埋全过程。需要建立精密的三维模拟平台，形成完整的高分辨率数值模拟软件体系。

数值反应堆借助超级计算机，能够进一步提高反应堆设计运行的经济性、安全性和可靠性。

科研人员在超级计算机上利用数值堆可开展多方面的模拟研究：

• 中子学

• 热工水力

•结构力学

• 水化学（化学腐蚀）

• 燃料性能分析

以及上述多种物理过程的流-热-固耦合模拟研究，如流固耦合(FSI)   。

发展现状

美国：CASL   ，NEAMS   ，CESAR

欧洲：NURESAFE

中国：数字化核电厂（中英合作），数字微堆，国家重点研发计划